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1、生物生物脱氮除磷脱氮除磷原理及工艺原理及工艺n概述概述n生物脱氮原理生物脱氮原理n生物脱氮工艺与技术生物脱氮工艺与技术n生物除磷原理生物除磷原理n生物除磷工艺与技术生物除磷工艺与技术n同步脱氮除磷工艺同步脱氮除磷工艺第一节第一节 概述概述 一、营养元素的危害一、营养元素的危害 二、脱氮的物化法二、脱氮的物化法 三、除磷的物化法三、除磷的物化法一一 营养元素的危害营养元素的危害氨氮会消耗水体中的氨氮会消耗水体中的溶解氧溶解氧；含氮化合物对人和其它生物有含氮化合物对人和其它生物有毒害作用毒害作用： 氨氮对鱼类有毒害作用；氨氮对鱼类有毒害作用； NO3 和和NO2 可被转化为亚硝胺可被转化为亚硝胺“
2、三致三致”物质；物质；水水中中NO3 高高，可可导导致致婴婴儿儿患患变变性性血血色色蛋蛋白白症症“Bluebaby”；氮磷浓度升高加速水体的氮磷浓度升高加速水体的“富营养化富营养化”过程；过程；太湖的富营养化二、脱氮的物化法二、脱氮的物化法 废水中的氮以有机氮、氨氮、亚硝酸氮和硝酸氮四种形式存在。 废水中，NH3与NH4+以如下的平衡状态共存：1 1）氨氮的吹脱法：）氨氮的吹脱法：二、脱氮的物化法二、脱氮的物化法调节pH值沉淀池吹脱塔出水出水 排泥排泥 进水进水 石灰或石灰或石灰乳石灰乳 吹脱法脱氨工艺流程吹脱法脱氨工艺流程 这一平衡受pH的影响，pH为10.511.5时，因废水中的氮呈饱和状
3、态而逸出，所以吹脱法常需加石灰。二、脱氮的物化法二、脱氮的物化法2）加氯法去除氨氮：）加氯法去除氨氮：每每mgNH4+-N被氧化为氮气，至少需要被氧化为氮气，至少需要7.5mg的氯。的氯。加氯反应池加氯反应池活活性性炭炭吸吸附附塔塔NaOCl进水进水出水出水二、脱氮的物化法二、脱氮的物化法3 3）选择性离子交换法去除氨氮：）选择性离子交换法去除氨氮：采用沸石作为除氨的离子交换体。采用沸石作为除氨的离子交换体。澄清或澄清或过滤过滤沸石沸石离子离子交换交换床床出水出水再生液再生液脱氮脱氮NH3或或N2进水进水三、除磷的物化法（混凝沉淀法）三、除磷的物化法（混凝沉淀法）1）铝盐除磷）铝盐除磷:羟磷灰
4、石羟磷灰石一般用一般用Al2(SO4)3，聚氯化铝（，聚氯化铝（PAC）和铝酸钠（）和铝酸钠（NaAlO2）2）铁盐除磷：铁盐除磷：FePO4、Fe(OH)3一般用一般用FeCl2、FeSO4 或或FeCl3、Fe2(SO4)33）石灰混凝除磷石灰混凝除磷:第二节第二节 废水生物脱氮的基本原理废水生物脱氮的基本原理一、生物脱氮的基本过程：一、生物脱氮的基本过程：氨氨化化(ammonification) 含含氮氮有有机机物物，在在生生物物处处理理过过程程中被中被（好氧或厌氧好氧或厌氧）异养异养微生物氧化分解为氨氮；微生物氧化分解为氨氮；硝硝化化(nitrification) 由由好好氧氧自自养养
5、硝硝化化菌菌将将氨氨氮氮转转化化为为NO2 和和NO3 ；反反硝硝化化(denitrification) 缺缺氧氧条条件件下下，在在异异养养反反硝硝化化菌的作用下将菌的作用下将NO2 和和NO3 还原转化为还原转化为N2。二、硝化反应（二、硝化反应（Nitrification） 分为两步：n由两组自养型硝化菌分步完成： 氨氧化细菌，或亚硝化细菌（Nitrosomonas）； 亚硝酸盐氧化细菌，或硝化细菌（Nitrobacter）1 1、硝化细菌的特性、硝化细菌的特性 都是革兰氏阴性、无芽孢的短杆菌和球菌；都是革兰氏阴性、无芽孢的短杆菌和球菌； 强烈强烈好氧好氧，不能在酸性条件下生长；，不能在酸
6、性条件下生长； 无无需需有有机机物物，以以无无机机含含氮氮化化合合物物为为能能源源，以以无无机机C（CO2或或HCO3-）为为碳源碳源； 化能自养型化能自养型； 生长缓慢，生长缓慢，世代时间长世代时间长。2 2、硝化反应过程及反应方程式：、硝化反应过程及反应方程式：亚硝化反应：亚硝化反应：亚硝酸盐细菌的产率是：亚硝酸盐细菌的产率是：0.146g/g NH4+-N氧化氧化1mg NH4+-N为为NO2-N，需，需氧氧3.16mg氧氧化化1mgNH4+-N为为NO2-N，需需消消耗耗7.08mg碱碱度度以以(CaCO3计计)加上合成，则：加上合成，则：55NH4+76O2+109HCO3-C5H7
7、O2N+54NO-2+57H2O+104H2CO32 2、硝化反应过程及反应方程式：、硝化反应过程及反应方程式：硝化反应：硝化反应：加上合成，则：加上合成，则：n硝酸盐细菌的产率是：硝酸盐细菌的产率是：0.02g/gNO2 -Nn氧化氧化1mg NO2 -N为为NO3 -N，需，需氧氧1.11mgn几乎不消耗碱度几乎不消耗碱度2 2、硝化反应过程及反应方程式：、硝化反应过程及反应方程式：总反应：总反应：加上合成，则：加上合成，则：n氧化1 mg NH4+-N为NO3N，需氧4.57mg，其中亚硝化反应3.43mg，硝化反应1.14mg，需消耗碱度7.14mg(以CaCO3计)3 3、硝化反应的
8、环境条件：、硝化反应的环境条件：好氧条件好氧条件(DO不小于不小于1mg/l)，并能保持一定的碱度以，并能保持一定的碱度以维持稳定的维持稳定的pH值值(适宜的适宜的pH为为8.08.4)；一般要求一般要求进水进水BOD5在在1520mg/l以下；以下；适宜温度：适宜温度：2030 C； 15 C，速率下降；，速率下降；35时，即可；时，即可； 外加碳源，多为甲醇；外加碳源，多为甲醇； 内内源源呼呼吸吸碳碳源源细细菌菌体体内内的的原原生生物物质质及及其其贮贮存存的有机物。的有机物。适宜适宜pH：6.57.5； 溶解氧溶解氧应控制在应控制在0.5mg/l以下；以下； 适宜适宜温度温度：2040 C
9、2 反硝化反应的影响因素反硝化反应的影响因素生物脱氮的基本原理生物脱氮的基本原理有机氮有机氮NH4+-NNO2 -NNO3 -NNO2 -NN2氨化作用氨化作用亚硝化作用亚硝化作用硝化作用硝化作用硝化作用硝化作用反反硝化作用硝化作用O2O2O2或无氧或无氧异养细菌异养细菌氨氧化细菌氨氧化细菌（自养型）（自养型）硝化细菌硝化细菌（自养型）（自养型）有机物有机物有机物有机物反硝化细菌反硝化细菌（异养型）（异养型）反硝化细菌反硝化细菌（异养型）（异养型）好氧或厌氧条件好氧或厌氧条件碱度增大，碱度增大，pHpH值升高值升高绝对好氧条件绝对好氧条件碱度下降，碱度下降，pHpH值降低值降低绝对好氧条件绝对
10、好氧条件碱度和碱度和pHpH值无变化值无变化碱度增大，碱度增大，pHpH值升高值升高缺氧条件缺氧条件第三节第三节 废水生物除磷原理废水生物除磷原理（1 1）有关废水中的磷的基本概念：）有关废水中的磷的基本概念：废水中的存在形式：废水中的存在形式： 无机磷酸盐（无机磷酸盐（H H2 2POPO4 4- -、HPOHPO4 42-2-、POPO4 43-3-）、）、 聚磷酸盐聚磷酸盐 有机磷，等；有机磷，等； 所有细菌都从环境中摄取磷；所有细菌都从环境中摄取磷； 磷磷细细菌菌（也也称称为为聚聚磷磷菌菌、除除磷磷菌菌），可可过过量量、超超出出生生理需要的摄取磷，以聚合磷酸盐的形式贮存在细胞体内，理需
11、要的摄取磷，以聚合磷酸盐的形式贮存在细胞体内， 从系统中排出这种高磷污泥，就可达到除磷的目的。从系统中排出这种高磷污泥，就可达到除磷的目的。生物除磷的原理与过程生物除磷的原理与过程IPHB（聚聚 羟基丁酸羟基丁酸）S聚合磷酸盐聚合磷酸盐厌氧条厌氧条件下，件下，除磷菌除磷菌将磷释将磷释放放好氧条好氧条件下，件下，除磷菌除磷菌过量摄过量摄取磷取磷高含磷高含磷污泥的污泥的排出排出 污水中的有机物在厌氧发酵产酸菌的作用下转化为乙酸苷；而活性污泥中的聚磷菌在厌氧的不利状态下，将体内积聚的聚磷分解，分解产生的能量一部分供聚磷菌生存，另一部分能量供聚磷菌主动吸收乙酸苷转化为PHB(聚-羟基丁酸)的形态储藏于
12、体内。 聚磷分解形成的无机磷释放回污水中，这就是厌氧释磷。厌氧环境中：生物除磷的原理与过程生物除磷的原理与过程 进入好氧状态后，聚磷菌将储存于体内的PHB进行好氧分解并释出大量能量供聚磷菌增殖等生理活动，部分供其主动吸收污水中的磷酸盐，以聚磷的形式积聚于体内，这就是好氧吸磷。 剩余污泥中包含过量吸收磷的聚磷菌，也就是从污水中去除的含磷物质。 普通活性污泥法通过同化作用除磷率可以达到12%20%。而具生物除磷功能的处理系统排放的剩余污泥中含磷量可以占到干重5%6%，去除率基本可满足排放要求。好氧环境中：二、生物除磷过程的影响因素二、生物除磷过程的影响因素溶解氧溶解氧： l l厌氧池内：绝对的厌氧
13、，即使是厌氧池内：绝对的厌氧，即使是NO3-等也不允许存在；等也不允许存在； l l好氧池内：充足的溶解氧。好氧池内：充足的溶解氧。污泥龄污泥龄： l l剩剩余余污污泥泥对对脱脱磷磷效效果果有有很很大大影影响响，泥泥龄龄短短的的系系统统产产生生的的剩剩余余污泥多，可以取得较好的除磷效果；污泥多，可以取得较好的除磷效果； l l有有报报道道称称：污污泥泥龄龄为为30d，除除磷磷率率为为40%；污污泥泥龄龄为为17d，除磷率为除磷率为50%；而污泥龄为；而污泥龄为5d时，除磷率高达时，除磷率高达87%。温度温度： l l 530 C；二、生物除磷过程的影响因素二、生物除磷过程的影响因素pH值：值：
14、 l l 68。BOD5负荷负荷： l l BOD/TP 20； l l 小分子易降解的有机物诱导磷的释放的能力更强；小分子易降解的有机物诱导磷的释放的能力更强； l l 磷的释放越充分，磷的摄取量也越大。磷的释放越充分，磷的摄取量也越大。硝态氮硝态氮 l l 硝硝酸酸盐盐应应小小于于2mg/l；当当COD/TKN 10，硝硝酸酸盐盐的的影影响响就就减弱了。减弱了。氧化还原电位氧化还原电位： l l好氧区的好氧区的ORP: + 4050mV；缺氧区的；缺氧区的ORP: -160 5mV第四节第四节废水生物脱氮工艺与技术废水生物脱氮工艺与技术一、活性污泥法脱氮传统工艺一、活性污泥法脱氮传统工艺二
15、二、缺缺氧氧好好氧氧活活性性污污泥泥法法生生物物脱脱氮氮系系统统（AO工工艺）艺）三、氧化沟生物脱氮工艺三、氧化沟生物脱氮工艺四、生物转盘生物脱氮工艺四、生物转盘生物脱氮工艺一、活性污泥法脱氮传统工艺一、活性污泥法脱氮传统工艺1、三级活性污泥法流程：、三级活性污泥法流程：碳化：碳化：氨化：氨化：1、三级活性污泥法流程：、三级活性污泥法流程：由由Barth首先开创；首先开创；三级各自具有三级各自具有独立的污泥系统独立的污泥系统；优点：优点： 氨氨化化、硝硝化化、反反硝硝化化是是在在各各自自的的反反应应器器中中进进行，反应速率快且较彻底；行，反应速率快且较彻底；缺点：缺点： 处理设备多，造价高，运
16、行管理较为复杂。处理设备多，造价高，运行管理较为复杂。2 2、两级活性污泥法脱氮工艺、两级活性污泥法脱氮工艺二、缺氧二、缺氧好氧活性污泥脱氮系统（好氧活性污泥脱氮系统（AO工艺）工艺）又称又称“前置式前置式反硝化生物脱氮系统反硝化生物脱氮系统”二、缺氧二、缺氧好氧活性污泥脱氮系统（好氧活性污泥脱氮系统（AO工艺）工艺）优点：优点： 以污水中有机物为反硝化碳源，无须外加以污水中有机物为反硝化碳源，无须外加在在反反硝硝化化反反应应过过程程中中产产生生的的碱碱度度可可补补偿偿硝硝化化反反应应消消耗耗的的碱度的一半左右；碱度的一半左右； 硝硝化化曝曝气气池池在在后后，使使反反硝硝化化残残留留的的有有机
17、机物物得得以以进进一一步步去去除，无需增建后曝气池。除，无需增建后曝气池。缺点：缺点：出出水水中中含含有有一一定定浓浓度度硝硝酸酸氮氮，有有可可能能在在二二沉沉池池中中进进行行反反硝化，造成污泥上浮硝化，造成污泥上浮三、氧化沟生物脱氮工艺三、氧化沟生物脱氮工艺四、生物转盘硝化脱氮工艺四、生物转盘硝化脱氮工艺进进水水BOD去除去除好氧碳化及硝化好氧碳化及硝化缺氧缺氧脱氮脱氮好氧好氧第五节第五节废水生物除磷工艺与技术废水生物除磷工艺与技术n厌氧厌氧好氧生物除磷工艺好氧生物除磷工艺n生物法与化学法结合的除磷工艺生物法与化学法结合的除磷工艺一、厌氧一、厌氧好氧除磷工艺好氧除磷工艺(AO工艺工艺)一、厌
18、氧一、厌氧好氧除磷工艺好氧除磷工艺(AO工艺工艺)工艺特点：工艺特点：水力停留时间为水力停留时间为36h；曝气池内的污泥浓度一般在曝气池内的污泥浓度一般在27003000mg/l；磷的去除效果好（磷的去除效果好（70%），出水中磷的含量低于），出水中磷的含量低于1mg/l；污泥中的磷含量约为污泥中的磷含量约为4%，肥效好；，肥效好；SVI小于小于100，易沉淀，不易膨胀。，易沉淀，不易膨胀。二、二、Phostrip除磷工艺除磷工艺生物除磷和化学除磷相结合生物除磷和化学除磷相结合二、二、Phostrip除磷工艺除磷工艺工艺特点：工艺特点：除磷效果好，处理出水的含磷量一般低于除磷效果好，处理出水的
19、含磷量一般低于1mg/l；污泥的含磷量高，一般为污泥的含磷量高，一般为2.17.1%；石灰用量较低；石灰用量较低；污污泥泥的的SVI低低于于100，污污泥泥易易于于沉沉淀淀、浓浓缩缩、脱脱水水，污泥肥分高，不易膨胀。污泥肥分高，不易膨胀。第六节第六节同步脱氮除磷工艺同步脱氮除磷工艺一、巴颠甫一、巴颠甫(Bardenpho)同步脱氮除磷工艺同步脱氮除磷工艺工艺特点：工艺特点：n各项反应都反复进行两次以上，各反应单元都有其首要功各项反应都反复进行两次以上，各反应单元都有其首要功能，同时又兼有二、三项辅助功能；能，同时又兼有二、三项辅助功能；n脱氮除磷的效果良好。脱氮除磷的效果良好。n工艺复杂工艺复
20、杂,反应器单元多反应器单元多,运行繁琐运行繁琐,成本高成本高二、AAO(A2/O)同步脱氮除磷工艺工艺特点：工艺特点：l工艺流程比较简单；总的水力停留时间短工艺流程比较简单；总的水力停留时间短l厌氧、缺氧、好氧交替运行，不利于丝状菌生长，污泥膨胀较厌氧、缺氧、好氧交替运行，不利于丝状菌生长，污泥膨胀较少发生；少发生；l无需投药，两个无需投药，两个A段只需轻缓搅拌段只需轻缓搅拌,只有只有O段供氧段供氧,运行费用低。运行费用低。进水进水沉淀池沉淀池厌氧池厌氧池缺氧池缺氧池好氧池好氧池剩余污泥剩余污泥出水出水内回流内回流污泥回流污泥回流进进气气管管二、AAO同步脱氮除磷工艺参数水力停留时间水力停留时
21、间（h）厌氧反应器厌氧反应器0.51.0缺氧反应器缺氧反应器0.51.0好氧反应器好氧反应器3.56.0污泥回流比污泥回流比(%)50100混合液内循环回流比混合液内循环回流比(%)100300混合液悬浮固体浓度混合液悬浮固体浓度(mg/l)30005000F/M(kgBOD5/kgMLSS.d)0.150.7好氧反应器内好氧反应器内DO浓度浓度(mg/l) 2BOD5/P515(以以 10为宜为宜)三、三、Phoredox同步脱氮除磷工艺同步脱氮除磷工艺工艺特点：工艺特点：l在缺氧反应器之前再加一厌氧反应器，以强化磷的释放，在缺氧反应器之前再加一厌氧反应器，以强化磷的释放，从而保证在好氧条件
22、下，有更强的吸收磷的能力，提高除磷从而保证在好氧条件下，有更强的吸收磷的能力，提高除磷效果。效果。四、主要的脱氮除磷活性污泥法功能表及影响因素四、主要的脱氮除磷活性污泥法功能表及影响因素1. 脱氮除磷工艺及功能表2. 脱氮除磷活性污泥法的影响因素 环境因素，如温度、pH、溶解氧。 工艺因素，如泥龄、各反应区的水力停留时间。 污水成分，如BOD5与N、P的比值。 进水磷浓度为10mg/L时，SRT和BODL的去除率对出水磷浓度的影响：BODBODL L的去除量的去除量的去除量的去除量/ / （mgLmgL-1-1）泥龄泥龄泥龄泥龄/d/d 3 3 6 6 1515 3030 出水出水出水出水POPO4 43-3-P-P浓度浓度浓度浓度/ /（mgLmgL-1-1） 100100 9.09.0 9.19.1 9.49.4 9.59.5 300300 7.07.0 7.47.4 8.18.1 8.58.5 500500 5.05.0 5.75.7 6.86.8 7.57.5 10001000 0 0 1.41.4 3.63.6 5.15.1 重点掌握知识点物化法脱氮、除磷的基本原理生物脱氮原理、及所需环境条件生物除磷原理及环境条件同步脱氮除磷的工艺流程（A-A-O）
